UDK: 62.3 Yük Diyagramlarının Önemi ve Şekillerine Tesir Eden Bazı Parametrelerin Etildi! Behçet Y ÜCEL Y. Müh. ETİBANK Bu yazı 20-23 Mayıs 963 de (Puant yüklerinin karşılanması) konusunda enedikte yapılan Sempozyum'a Grandin tarafından verilen (Yük diyagramlarının şekillerine tesir eden bazı parametrelerin etûdu) başlıklı raporundan yararlanarak hazırlanmıştır Yazıda yük diyagramlarının önemi belirtilmekte ve bu diyagramların elektrifikasyon plânlamasmdaki yeri izah edilmektedir. Diğer taraftan yuk diyagramları üzerine tesir eden muhtelif faktörler, bu orada bilhassa meteorolojik olayların etkisi örneklerle anlatılmaktadır Ayrıca bir bölgede enerji ve istihlakinin zamanın fonksiyunu olarak artışını veren formüller, en büyük istihlak bölgemiz olan Kuzeybatı Anadolu Bölgesinden misaller verilerek, tablolar ve grafiklerle açıklanmaya çalışılmıştır. Y ÜK DİY AGRAMLARININ ÖNEMİ : Gelecekteki yükleri tahmin etmek, buna göre yeni tesislerin inşa programlarını yapmak ve işletilmeleri için teknik olduğu kadar ekonomik yönden gerekli bilgileri çıkarmak hususunda en önemli yardımcılar yük diyagramlarıdır. Elektrik enerjisi, pratik olarak;, stok edilemeyen ve istihlâk edildiği anda istihsal edilmesi icap eden bir enerji olduğundan, generatörlerin herhangi bir andaki toplam yükünü müstehliklerin o andaki talepleri tayin etmektedir. Buna göre yük diyagramlarını, istihsali belirten fonksiyonun grafik gösterilişidir şeklinde tanımlayabiliriz. Ancak yük diyagramlarının coğrafi, sosyal, politik v.s. gibi bir çok değişik faktöre tabi olması bu fonksiyonu çok kompleks bir fonksiyon olarak ortaya çıkarır. Bu kompleks fonksiyonun kesin bir çözümü yoktur, ancak muhtelif durumlara ve şartlara bağlı olarak diyagramı analiz etmek bir takım neticelere ulaşmamızı sağlar. İleri memleketlerde elektrik enerjisi istihlâkinin yüksek nisbette artışı ve buna bağlı o- larak istihsal nakil ve dağıtım tesislerinin süratle büyümeleri, araştırmada ve metotların tayininde bir takım lükler doğurmalarına rağmen modern hesap makinelerindeki inkişaflar, söz konusu etütlere rahatlıkla girişilmesini sağlamaktadırlar. Etüt konusunu teşkil eden diyagramları iki kısma ayırabiliriz : Bir ölçü aleti vasıtasıyla direkt olarak çizilmiş diyagramlar, Direkt olarak çizilmiş diyagramlardan çıkarılarak bazı etüt elemanlarını vermeye müsait hale konmuş diyagramlar. İkinci tip diyagramlar genellikle zaman a- ralıklarına göre teşkil edilirler; günlük, haftalık, aylık, yıllık, özel (kısa süreler için, sözgelişi saatlik) diyagramlar gibi. Bazı tip diyagramlar teşkil edilirken bir takım lüklerin meydana çıktığı haller mevcuttur. Söz gelişi; santral sayısı fazla, beslenen bölge geniş ve enterkonneksiyonlar çok olduğu hallerde, şebekenin toplam ani lerinin tesbiti zorlaşmaktadır. GÜNLÜK Y ÜK DİY AGRAMLARI: Bir sistemin işletilmesinde Yük Tevzi'nin program kısmının en önemli ödevi, bir gün sonrası için yük diyagramını tesbit etmek ve bu diyagramı örtmek için işletme emniyeti ve ekonomi şartları muvacehesinde istihsal ünitelerini ve şebeke şemasını seçmektir. Buna göre sistem işletmesinde günlük yük diyagramlarının tesbiti önemli bir konu olarak belirir. Günlük yük diyagramları iki tiptir: lik ortalama güce göre teşkil edilen diyagramlar. Ani güce göre meydana getirilen diyagramlar. Şekil- ve Şekil-2 Kuzeybatı Anadolu Bölgesinin (*) Temmuz ve Aralık aylarına ait normal iş ve pazar günlerine ait saatlik ortalama eğrilerini göstermektedirler. Bu eğrilerde göze çarpan belli başlı karakteristik noktalar şunlardır. (*) Kuzeybatı Anadolu Bölgesi : istanbul, izmit, Zonguldak, Karabük, Ankara, Eskişehir, Kütahya, Bursa v s gibi şehirleri ve buralardaki sanayii besleyen enterkonnekte sistemi ihtiva eden; Türkiye'deki toplam elektrik enerjisinin yaklaşık 70 inin istihlâk edildiği bölgedir. Elektrik Mühendisliği 90
2: Poiar B.T2.9E3 as: TO ar U.7.9S3 's i t ^ 600 P" '-. -» J soo no (00 JOO 200 >> d 2' r ->> - İ00 00 200 < J r i k ^ J t J A A «O 00 - -. 0 2 ( 6 «0 2 U «8 2 0 2 2 2 «' KUZEYBATİ AfMOOtJU ÜK DİvX5RAMLARAİJK AI StkHtl Akşam ve Sabah puantlarının oluş saatleri ve leri. Sabah yükünün yükselme hızı ve- saati. Akşam yükünün inme hızı ve saati, Sabah ile öğleden sonrası arasındaki çalışmanın durduğu müddet* e'"öğleden sonra gücün yükselme leri ve saatleri. Azami, asgari ve ortalama v:s. ler arasındaki karakteristik oranlar. Tablo- ve Tablo-2, Şekil- deki yük eğrisine ait bir takım karekteristikleri ihtiva etmektedir. 0 2 4 8 0 2 6 * 2 0 222 ler KUZEYBATI ANADOUJ YÜK OTttGRAM I TEhKUZAY! Ştkil: 2 Yük eğrilerinden elde edilen maldmat günlük işletme programlarının tesisi için, işletme ekonomisi ypnünden, çok.önemlidir. Böylece baz istihsal i; 'g'ündüz ve gecenin muhtelif saatlerinde blok regülasyonlar, muhtemel pompaj imkânları ve bu " imkânlardan istifade ile ufak rezervuarlarıri doldurulması ve boşaltılması için takip edilecek politika v.s. gibi programlara esas olacak ler elde edilmiş olur. Termik" e hidrolik istihsal ünitelerini havi karışık rejimli sistemler için mevsimlik ve günlük rezervuarların debilerini tahmin ve nasıl boşaltılacaklarını hesapladıktan sonra termik TABLO KB.A BÖLGESİ 2ARALIK963 Y ÜK DİY AGRAMININ ANALİZİ LLE ELDE EDİLEN - ' -. KARAKTERİSTİK FAKTÖRLER, _ istihsal edilen enerji. Maksimum Ortalama Minimum göç ' Sabah Puantı. i Değeri Sabahın azami ine yükselme hızı (60 dakika da) Akşam Pu. antı Değer Akşamın azami inden iniş hızı (60 dakikada) Yük Faktörü h '.. 8.26 437 344-242 9 393 55 8 437 3 79 Elektrik Mühendisliği" 90
TABLO 2 K.B.A. 5 ARALIK 963 PAZAR GÜNÜNE AİT Y ÜK DİY AGRAMININ ANALİZİ İLE ELDE EDİLEN KARAKTERİSTİK FAKTÖRLER istihsal edilen enerji Maksimum Ortalama Minimum Sabah Pu. antı i Değeri Sabahın azami ine yükselme hızı (60 dakika) Akşam Puantı i Değeri Yük Akşamın azami bu ; lunan ini azalma hızı (60 dakika) Faktörü h h h 6.204 338 262 23 9 25 0 8 338 28 78 programlar yapılabilir. Problem belirsiz gibi görünürse de; değişik istihsal kaynaklarının marjinal len üzerine kurulmuş ekonomik mülâhazalarla belirli hale konulabilir. Nihayet; yük programlarının tayininde tatil günlerini, müşteri programlarındaki değişiklikleri, hava kararması, sıcaklık v.s. gibi değişiklik meydana getirecek faktörlerin icra edecekleri tesirleri mümkün - olan ölçüde" nazarı itibare almalıdır. Ani diyagramlarından primer ve sekonder regülasyon problemlere ve regülasyon teçhizatının kullanılışına ait malûmat çıkarılabilir. Bu diyagramlarda dalgalanmalarını veren bandın etüdü bir bölgede veya iki bölge arasındaki enterkonneksiyon hatlarında teki farkların derecesini görmemizi sağlar. Bilhassa Fransa'da yapılan bir etütte, veriler, izole bir şebekede gücün değişmelerinin karesel ortalama inin gözönüne a- lınan bölgede çekilen le orantılı olduğunu gösterdi: P = Şebekenin çektiği () a = Karakteristik () H = Gücün ortalama kuadratik farkı () Ayrıca bu etütler, «inin istihlâkin tabiatına bağlı olduğunu ve bölgenin sanayileşme derecesiyle sıkı münasebeti bulunduğunu ayrıca belirli bir istihsal ve istihlâk merkezinin müşterilerini karekterize ettiğini ortaya koymuştur. Sanayinin inkişaf neticesi kullanılan makineleri artması ve boyutlarının büyümesi sebebiyle istihlâk artmaktadır. Spesiyalistler istatistiklere dayanarak ^ inin istihlâkten daha yavaş değiştiğini gösterdiler ve elde edilen neticeleri aşağıdaki formülle ifade ettiler: Elektrik Mühendisliği, 90 burada p = olayın orijini olarak tesbit edilen zamandaki gücün ortalama kuadratik farkı () ju, = t zaman sonra () olarak gücün ortalama kuadratik farkı i = teki senelik ortalama artma nisbeti t = zaman (sene). ;- diğer taraftan gücün artış fonksiyonu aşağıdaki şekilde olduğu bilinmektedir. (Ailleret Kanunu) P = Po (l + i) ' 5t, Yukarıda verilen üç formülden basit cebrik işlemlerle : elde edilir. 957-958 de yapılan etütler a mu ortalama olarak : Amerika Birleşik Dev- = 0,04 -f- 0,045 letlerinde Batı Avrupa memle-= 0,03 (normal gün ketlerinde lerde) = 0,0 (Tatil günlerde) olduğu göstermiştir. Y ÜK DİY AGRAMLARININ ŞEKLİ ÜZERİNE METEOROLOJİK OLAY LARIN TESİRİ : Yeni usullere dayanan analizler, meteorolojik olayların yük diyagramlarının gidişi üzerine yaptıkları tesiri ortaya çıkarmaktadır. Müstehliklerin konforu üzerine negatif yönden tesir eden olaylar (meselâ hava sıcaklığı, gün ışığı, rüzgâr şiddeti, rutubet derecesi v.s.), uygunsuzluğu elektrik cihazları kullanarak ortadan kaldırmak sebebiyle, elektrik enerjisi istihlâkinin artması sonucunu doğurur. (Şekil 3) İstihlâk edilen üzerine sıcaklığın tesirini göstermek üzere orta İtalya istih-.5
m m ^.»-^ Gün ışığının değişmesinin genişliği önemli bir husustur. Güneşli bir günde öğleye yakın saatlerde 60 + 5 K lux şiddetinde ışık olabilir: Bu gök hafifçe kapalı olduğunda 2 + 20 K lux e ve bulutlar alçak ve çok kapalı kavada 0,6 + 5 K. lux'e ka.dar düşebilir. m in m Binaenaleyh elektrik enerjisi istihlâki ile bölgelerin coğrafi ve iklim şartları arasında bir bağıntı görülebilir. Astronomik olaylarla ilgili olarak günün müddetinin değişmeleri mevsimlere ve arz derecesine bağlıdır. (Şekil 4) Kuzeybatı Anadolu Bölgesinde yıl boyunca akşam puantının meydana geldiği saatleri göstermektedir. I 7 -«-J -4 -)-«-! I --C* ORTA İTALYA ŞEBEKESİNDE HAA SICAKLIĞININ FONKSİY ONU OLARAK KIS PUANTINDAKİ DEĞİŞMELER Sakil: 3 sal Bölgesinde yapılan bir etüdün neticesinde elde edilen bir diyagramdır. Diyagram, etüdün yapıldığı bölgede sıcaklığın' fonksiyonu olarak kış puant gücündeki değişmeleri göstermektedir. Bu diyagramlardan söz konusu bölgede sıcaklıktaki farka teki ortalama değişmenin, 23,5 C olduğu neticesi çıkmaktadır. Memleketlerde ekonomik refahın yüksek derecelere ulaşması özel elektrik cihazlarının yaygın hale gelmesini hızlandırmakta ve bu suretle aylık yük -diyagramlarının fizyonomisi önemli derecede değişmektedir. Meselâ Amerika Birleşik Devletlerinde son dünya harbinden sonra havalandırmanın süratle yayılması bu memleketin hemen hemen yarısında yaz puantının kış puantından daha yüksek lere ulaşmasına sebep olmuştur. İngiltere'de gün ışığının tesiri konusunda yapılan etütler gün ışındaği değişmelerin te değişiklik meydana getirdiğini ortaya koydu. Bu etütlere göre İngiltere'de gün ışığındaki değişmenin le bazı hallerde 7 K luxa kadar yükselen bir değişme meydana getirdiğini göstermiştir. Elektrik şebekesinin yükü üzerine tesir eden, istisnaî de olsa, mühim bir olay olarak 5 Şubat 96 de İtalyanın bazı bölgelerinde tam güneş tutulması esnasında meydana gelen yük artışını gösterebiliriz. Bu olay devammca çekilen teki artma 5 mertebesinde olmuştur. Bu olaylar şebeke yüküne, gün ışığı şiddetindeki ışığı sağlamak için mesken fabrika ve mağazaların sun'i aydınlatması şeklinde, intikâl eder. UK lllfl HAIT HİSUt MAYH UZbUH TOUUB l&inb lyût İKİM UHM AKAIK ALAR KUZEY BATI ANADOLU BÖLGESİNDE AKSAM PUANTININ OLUŞ SAATLERİ Ayrıca (Şekil 5) de gene ayni Bölgede 963 yılında muhtelif aylarda kaydedilen azami puantlar ve oluş saatleri gösterilmektedir. SENELİK ENERJİ E GÜÇ DİY AGRAMLARI : Bu diyagramlar, yeni elektrik tesisatı tesis plânlarının yapılmasında ve bunların uzun vadeli işletme programlarının hazırlanması için esasları verirler. Gerçekten, tesis hızı bahis konusu olan bölgenin endüstriyel ve sivil ihtiyaçlarının zamanında karşılanmasına cevap verecek mertebede olmalıdır. Aksi halde aradaki ufak gecikmeler topluluk için ekonomik zararlara sebep olabilirler. İşletme programlanmasını, hidroelektrik ve termoelektirikli karışık ekonomik sistemlerinde, mevsimlik rezervuarın kullanılmasına ait politika, yakıt rezervinin en uygun bir şekilde temini ve bakım programları v.s. tayin eder. Bu konu üzerinde muhtelif memleketlerde bir çok çalışmalar olmuştur. Biz burada özellikle, zamana bağlı olarak gücün ve istihlâkin nisbi 6 Elektrik Mühendisliği 90
*«ı olduğunu göstermektedir. Filhakika gücün enerjiye yavaş artması yük diyagramının düzeldiğini gösterir. - 7 senelik neticelere göre Kuzeybatı Anadoluda enerjide artış,2 dir, bu da yaklaşık o- larak 6,5 senede ihtiyacın iki kat olmasına tekabül eder. Puant teki artış aynı sürede, civarındadır ki bu da gücün 6,5 6,6 senede iki kat olması demektir. K.&A. İSTİHSAL DİY AGRAMI Gwh y AD < KUZEY BATI ANADOLU BÖLGESİNDE AYUK AZAMI PUANT DEĞERLERİ E BU PUANTLARIN OLUŞ SAATLARI Ş*lal:5 artmasına ait lerden istifade ile bir fonksiyonu tesis eden Ailleret'nin etüdünü hatırlatacağız. Bu etüde göre l(i) senebk ortalama artma nisbetini gösterirse, ihtiyaç (lı+fi) geometrik dizisi olarak artar. Nazarı itibare alınan senede enerji ihtiyacı (Eo) ile belirtilirse, T sene sonra enerji istihsali (En) : E n = Eo (l+i) T olur. Bu formüldeki (i)' büyük istihlâk bölgeleri için sabittir ve 7,20 civarındadır ki bu da her 0 senede istihsalin bir kat artmasına tekjabül eder. İhtiyacın iki kat olma süresini de göz önüne T alarak E n = E o 2 şeklinde gösterebiliriz. Burada M iki kat olma sabitidir. (Constante de log 2 redoublement) ve M = ye eşittir log ( + i) Tablo - 3 ve 4, ayrıca Şekil - 6 ve 7 Kuzeybatı Anadolu bölgesinde 957 den 963 e kadarki 7 sene zarfında enerji ve gücün artışındaki karakteristik lerini vermektedir. Aynı zamanda bu tablolar ortalama lerle, fiili ler arasındaki farkları da belirtmektedir. Söz konusu tablolar puant gücünün artma hızının çok az bir farkla enerjiye yavaş SQ ON F8 Ü İSTİHSAL SENECE İSTİHSALİN İKİ KAT OLMASI ESASINA SMC İSTİHSAL M - - Şekil. G K.B.A. P U A N T DİY AGRAMI -" "5 60 6T 6! O (T) FİİLİ PUAHT ON SENEK PUAMTIN İ Kİ KAT OLMAM ESASINA GÖRE PUAHT 6* Sekili? Elektrik Mühendisliği 90 7
TABLO: 3 KBA BÖLGESİNDE (957 963) ENERJİ İSTİHSALİ İ S T İ H S A L SENELİK ARTIŞ M=0 sene M=0 sene göre artış M=6,5 sene M=6,5 sene göre artış iki kat olma sabiti (M) () GWh GWh GWh Sene 957 958 959 960 96 962 963.322.446.69.735.888 2.254 2.499.47.59.628.745.870 2.004.470.634.87 2.020 2.246 2.498 9.4.9 9.6 8.8 9.4 0.8 * ı 7. 2.2 < 7.7 6 25 3.9 8.2 3.9 6.8 Not: İleri memleketlerde enerji ihtiyacının aşağı yukarı 0 senede iki kat olduğu bilinmektedir. Bunun için tabloda mukayese M=0 içinde verilmiştir. M=0 sene için artış 7,2 göre E = E 0 (l+i) T formülünden meselâ 958 için E=,322 ( + 0,072) olarak hesaplanmıştır. Aynı şekilde M=6,5 sene için artış,2 göre gene meselâ 958 için E=l,322 (+0,2) ı olarak formüle edilmiştir. log 2 Diğer taraftan fiili iki kat olma sabiti her sene için M= formülüyle bulunmuştur. logü + i) TABLO: 4 KBA BÖLGESİNDE (957 963) PUANT GÜCÜ PUANT GÜÇ SENELİK ARTIŞ I M=O sene M=0 sene göre artış M=6,6 sene M=6,6 sene göre artış İki kat olma sabiti (M) () Sene Not: 957 958 959 960 96 962 963 25 273 36 333 378 45 465 269 288 309 33 355' 38 278 308 342 379 42 467 8.8 4.3 5.6 3 6 9.9, 4.5, 7.2 İstatistiki ler tablo 3 de izah edildiği şekilde hesaplanmıştır..2, 8.2 5.2 2.6 5.5 7.4 5. 8 Elektrik Mühendisliği 90